CN101043099B - 具有至少两个谐振频率的回路天线 - Google Patents

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Abstract

一种用于工作在超过200MHz的频率下的介电式加载的天线，包括设置在一高介电常数芯体上的一天线元件结构，此元件结构包括一对在侧向上对置的螺旋线形天线元件组，每组包括具有不同宽度的第一和第二相互邻近的元件，在天线上形成分别每组各第一元件和每组各第二元件构成的各回路式导电路径，它们在不同的各个谐振频率处谐振而产生一较大的工作带宽。每组的各螺旋线形元件在它们之间限定了细长槽道的一部分，槽道具有在工作频带之内nλ/2附近的总体电气长度以形成各回路式导电路径之间的隔绝。每一这种槽道的主要部分位于各元件之间以便尽量少地侵入天线的其他导电部分。

Description

具有至少两个谐振频率的回路天线
本申请是国际申请日为2000年5月24日，国家申请号为00808144.1，发明名称为“具有至少两个谐振频率的回路天线”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种介电式加载的天线，用于工作在超过200MHz的频率下，而具体地涉及一种具有一工作频带之内至少两个谐振频率的天线。
背景技术
这样一种天线披露在英国专利申请第GB 2321785A号之中。此已知天线具有一对在侧向上对置的细长天线元件，伸展在一固体介电芯体上沿纵向间隔开来的各位置之间，各天线元件在各个第一端处连接于一馈电连接装置而在各第二端处连接于一平衡-不平衡转换(balun)套环(sleeve)。各天线元件和套环配置得以便形成至少两条围绕芯体伸展的导电路径，其中两条路径之一在天线的一工作频率下具有的电气长度大于另一路径的电气长度。采用各叉式天线元件可以实现这一点，其中每一元件具有一分出的部分，从介电芯体顶部与平衡-不平衡转换套环边沿之间的某一位置伸出，至少各天线元件之一的此分出的部分具有不同电气长度的各分支。平衡-不平衡转换套环是剖分式的，意在沿纵向伸展的各槽缝制成为套环导电材料之中的各个缝隙以便形成两部分套环之间的隔绝，从而确定两条导电路径。各平衡-不平衡转换槽缝配置得在工作频带中具有大约四分之一波长(λ/4)的电气长度，由套环边沿形成的零阻抗点被转变为各分出的元件之间的一个高阻抗点，从而把套环各部分彼此隔绝开来。由于各导电路径具有不同的电气长度，每一导电路径可在一不同频率下发生谐振并因此形成一种具有较大带宽的天线。
与以上天线相关的一项问题是，难以把具有充分长度的各槽缝包括在套环之内以形成四分之一波长，特别是如果套环较短。披露在GB 2321785A之中的各L形槽缝可能难以制作并限制了套环之中电流的流动。
发明内容
按照本发明的第一方面，提供一种介电式加载天线用于工作在超过200MHz的频率下，包括一电绝缘芯体，其固体材料具有大于5的相对介电常数；一馈电连接装置；以及一天线元件结构，设置在芯体的外部表面上或附近，芯体的材料占据了由芯体外部表面所限定的大部分容积，其中天线元件结构包括一对在侧向上对置的细长元件组，每组包括第一和第二相互邻近的细长元件，它们在天线的一工作频带之内的一频率下具有不同的电气长度，并由一围绕芯体伸展的接合导体在馈电连接装置附近的各个第一端部处和在各个第二端部处被联接在一起，每组细长元件从而形成至少部分的细长槽道，后者具有所述频带之内的一电气长度nλ/2，而且后者的主要部分位于各元件之间，以及其中两组的各第一元件形成部分的第一回路式导电路径，而两组的各第二元件形成部分的第二回路式导电路径，以致所述各路径具有所述频带之内不同的各个谐振频率，而且各自从馈电连接装置伸向接合导体，而后返回馈电连接装置。
本发明的其他一些方面，以及各优选特征，在所附各项权利要求中予以叙述。
nλ/2槽道，或槽缝，使之可能在由各天线元件构成的各导电回路与各接合导体之间形成隔绝。由于这一槽道的主要部分位于各天线元件之间，所以减少了对天线其他各部分的侵入。最好是，全部槽道位于各天线元件之间。
通过配置各细长元件和各接合导体以构成至少两条回路式导电路径而在天线的一工作频率下两条路径之一的电气长度大于另一路径的电气长度，产生了具有至少两个谐振峰的一频率响应而提供一种带有较大带宽的天线。确实，各谐振频率可以选定得重合于一移动电话系统的各发射和接收频带的各中心频率。
接合导体可以由邻近相对于馈电连接装置的端部的、芯体外部表面上的一四分之一波平衡-不平衡转换器予以构成，此馈电连接装置是由一沿纵向穿过芯体的馈电结构形成的。在一项优选实施例中，接合导体是由一体平衡-不平衡转换套环，或陷波器(trap)构成的，每一导电路径都包括套环边沿。或者，每一接合导体可以由一围绕芯体伸展的导电带条构成。一平衡-不平衡转换套环的优点是，天线可以由于联接于馈电结构的单端馈电而工作在一平衡的模态之中。
在此优选天线中，两条回路式导电路径围绕芯体而延伸，每一回路式路径从馈电连接装置起，经过一第一组的第一或第二天线元件(取决于工作频率)，达到接合导体，并经过一第二组的相应第一或第二元件回返到馈电连接装置。每组中各元件之间，并因此两条回路式导电路径之间的电气长度差别，可以通过把每组中各元件之一制成得具有与此组中其他元件不同的宽度而取得。实际上，各元件起波导作用，较宽元件以比较窄元件较低的速度传播各种信号。或者，每组中各元件之一可以具有不同于该组中其他元件的实际长度。
在此优选实施例中，天线芯体大体上是圆柱形的而馈电连接装置位于芯体的一端面上，每组中的每一细长元件在此端面上联接在一起。芯体确定一中心轴线而各天线元件基本上共同伸展在此轴线方向，每一元件伸展在芯体外部表面上或附近的、沿轴向间隔开来的两位置之间，以致在每一间隔开来的位置处，各天线元件的各个间隔开来的部分基本上居于包括芯体中心轴线的一单一平面之中。在此情况下，每组细长元件包括第一和第二天线元件，各回路式导电路径从馈电连接装置伸出，经过一第一组元件的第一和第二天线元件达到状为平衡-不平衡转换套环的接合导体，再经过一第二组元件的相应第一或第二元件返回到馈电连接装置。各天线元件是螺旋线形的，围绕芯体完成半圈。这样一种结构会产生一垂直于单一平面的、具有指向侧面的各零点的天线辐射图。
优选实施例的天线实际上具有四个谐振模态。这是由于设置了平衡-不平衡转换套环，它保证了分别涉及围绕平衡-不平衡转换器边沿和通过平衡-不平衡转换器的各电流路径的单端和平衡谐振模态。以此方式利用耦联的各模态披露在我等共同待决的英国专利申请第9813002.4号之中，其各项内容在此纳入作为参考。于是，两种谐振模态关联于每组中两元件的每一个，亦即，一个单端模态和一个平衡模态，最终频率响应具有四个谐振峰，从而提供更大的带宽。各谐振模态典型地可以生成盖过至少5％最好是8％的相对带宽的、3dB界限值之内的响应，而由以下所述的优选实施例的天线达到高达大约11％的数值。这样一种响应使得天线特别适合于移动电话用途，比如在1710MHz至1880MHz DCS-1800频带或组合的PCS-DCS 1900频带之中。
本发明包括一种用于工作在超过200MHz的频率下的天线，包括一电绝缘芯体，其固体材料具有的相对介质常数大于5；一馈电连接装置；以及一天线元件结构，设置在芯体的外部表面上或附近，包括第一和第二对天线元件，每对天线元件设置得基本上沿直径彼此对置，芯体的材料占据了由芯体外部表面所限定的大部容积，其中第二对的各元件制成得具有比第一对元件的宽度要大的宽度。这样一种天线特别适合于接收圆偏振的各种信号，诸如那些由全球定位系统的各卫星在大约1575MHz下所传输的信号。这些天线通常配置得具有两对元件，一对具有的元件长于另一对。有差异的各长度可为接收圆偏振的各种信号造成各种相移条件。由于连系到本发明而在以上提及的第二对天线元件做得宽于第一对，所以这些元件比第一对的那些元件具有较长的电气长度(即使它们可能具有相同的实际长度。不像先前的GPS型接收天线，其中各元件的实际长度是不同的，在此所披露的天线可以采用具有基本上相同实际长度的各元件制作出来而避免各元件或各联接导电件的复杂的加工成形。
在本发明的一个实施例中，提出一种用于工作在超过200MHz的频率下的天线，包括：一电绝缘的圆柱形的芯体，由一种具有相对介电常数大于5的固体材料制成；一馈电连接装置；以及天线元件结构，其设置在芯体外部表面上或附近并包括第一和第二对天线元件，所述天线元件的外部表面的面积小于芯体外部表面的在所述天线元件之间的部分的面积，其中每一对的各元件为细长的，并且第一对天线元件的各元件与第二对天线元件的相应的各元件设置得沿芯体直径方向彼此对置，芯体材料占据了由芯体外部表面所限定的大部分容积，以及所述第二对的各元件制成得使得其具有的宽度大于第一对元件的宽度，其中各天线元件：各自具有一第一端部和一第二端部，在各个第一端部处连接于馈电连接装置，以及在各第二端部处由一接合导体连接起来。
在本发明的另一实施例中，提出一种介电式加载的四分式螺旋形天线，包括：固体芯体，其由具有相对介电常数大于5的材料制成；两对在侧向上对置的天线元件，所述天线元件在固体芯体的外部表面上或附近制成为各螺旋形导电轨迹，所述轨迹的外部表面的面积小于芯体外部表面的在所述轨迹之间的部分的面积，其中一对的各轨迹宽于另一对的各轨迹；以及一馈电连接装置，其中各天线元件：各自具有一第一端部和一第二端部，在各个第一端部处连接于馈电连接装置，以及在各第二端部处由一接合导体连接起来。
在本发明的又一实施例中，提出一种手持无线电通讯装置，具有一无线电收发机；一一体式耳机，用于从装置的一内面发出声能，装置在使用时安放得贴靠使用者的头部；以及一天线联接于收发机，其中此天线具有的辐射图在垂直于所述单一平面的方向上具有一零点，以及其中天线在装置上安装得使得此零点垂直于装置的所述内面取向以便在使用者头部的方向上降低出自装置的辐射水平，其中所述天线为一种用于工作在超过200MHz的频率下的天线，包括：一电绝缘的圆柱形的芯体，由一种具有相对介电常数大于5的固体材料制成；一馈电连接装置；以及天线元件结构，其设置在芯体外部表面上或附近并包括第一和第二对天线元件，所述天线元件的外部表面的面积小于芯体外部表面的在所述天线元件之间的部分的面积，其中每一对的各元件为细长的，并且第一对天线元件的各元件与第二对天线元件的相应的各元件设置得沿芯体直径方向彼此对置，芯体材料占据了由芯体外部表面所限定的大部分容积，以及所述第二对的各元件制成得使得其具有的宽度大于第一对元件的宽度，其中各天线元件：各自具有一第一端部和一第二端部，在各个第一端部处连接于馈电连接装置，以及在各第二端部处由一接合导体连接起来，其中芯体确定一中心轴线而各天线元件共同伸展在轴线方向上，各天线元件伸展在芯体外部表面上或附近的、沿轴向间隔开来的各位置之间，使得在每一间隔开来的位置处，各天线元件的彼此间隔开来的部分居于包含芯体中心轴线的一单一平面之中。
附图说明
现在参照附图、通过范例说明本发明，其中：
图1是根据本发明的一种天线的透视图；
图2是一图线，表明图1天线的返回损耗响应曲线；
图3是一简图，表明图1天线的辐射图；
图4是装有图1天线的一电话手机的透视图；
图5是根据本发明的另一天线的透视图。
具体实施方式
参照图1，根据本发明的一种优选天线具有一天线元件结构，包括单独一对沿侧向对置的天线组10AB、10CD。每组包括两个相互邻近和大体平行的细长天线元件10A、10B、10C、10D，它们沉积在一天线芯体12的外部圆柱表面上。芯体12具有一轴向通道14，带有一内部金属里衬；通道14装放一轴向内部馈电导线16，由一介电绝缘护套17围绕。内部导线16和里衬一起构成一馈电结构18，用于把一馈电线路在芯体12远端端面12D上的一馈电位置处联接于天线元件10A-10D。天线元件结构包括相应的径向元件10AR、10BR、10CR和10DR，制成在远端端面12D上作为各金属导线而把元件10A-10D的第一端部连接于馈电结构。
在此实施例中，沿纵向伸展的各元件10A-10D和相应的各径向元件都具有大致上同样的实际长度，每一元件10A-10D状为一螺旋线，围绕芯体12的轴线完成半圈。每组天线元件包括第一元件10A、10C和第二元件10B、10D。两组的第一元件10A、10C都配置得具有对每组的第二元件10B、10D的一不同的电气长度，由于各第一元件具有的宽度大于各第二元件的宽度。将会理解，较宽的各元件会以低于较窄各元件情况下的速度传播各种信号。
为了形成完全的各导电回路，每一天线元件(10A-10D)连接于状为一导电套环20的一共同的实际接地导体的边沿20U，套环围绕芯体12的一近处端部，作为各细长元件10A-10D的接合导体。套环20本身又通过镀在芯体12的近处端部表面12D上而连接于轴向通道14的里衬。因而，各导电回路是由第一组10AB的第一或第二天线元件二者之中的任何一个、套环20U的边沿和第二组10CD的相应第一或第二天线元件构成的。
在通过天线的任何给定横向截面处，第一组10AB的第一和第二天线元件基本上和第二组10CD的相应第一或第二元件沿直径相对置。将会注意到，各天线元件的端部上全部基本处在一共同的平面之内，此平面包括芯体的轴线并由示于图1之中的坐标系统的X和Z两轴线表明。
导电套环20盖住天线芯体12的一近处部分，围绕着馈电结构18，芯体材料基本上充满套环20与轴向通道14金属里衬之间的整个空间。套环20与镀敷的组合构成一平衡-不平衡转换器，以致由馈电结构18形成的传输线路之中的各种信号在天线近端处的一种不平衡状态与套环20上部边缘20U平面以上的一轴向位置处的一种平衡状态之间进行转换。为达到这一效应，套环的轴向长度致使在存在一种较高介电常数的下层芯体材料的情况下，平衡-不平衡转换器在天线工作频带中具有一大约λ/4或90°的电气长度。由于天线的芯体材料具有一种缩小效应，而围绕内部导线的环形空间充满一种具有较小介电常数的绝缘介电材料，所以套环远处的馈电结构18具有很短的电气长度。结果，在馈电结构18远端处的各种信号至少大致上是平衡的。套环20的另一效应是，对于天线工作频率附近的一些频率，套环20的边沿部分20U与由馈电结构外部导管代表的地线有效地隔绝开来。这意味着，流通在各天线元件10A-10D之间的电流基本上局限于边沿部分。套环因而当天线在一平衡模态中当谐振时起到一绝缘陷波器的作用。
由于每组10AB、10CD的第一和第二天线元件制成得在一给定频率下具有不同的电气长度，由各元件形成的各导电回路也具有不同的电气长度。结果，天线在两个不同的谐振频率下谐振，真正的频率在此情况下取决于各元件的宽度。如图1表明，每组大体上平行的各元件从芯体远端端面上的馈电连接区域伸向平衡-不平衡转换套环10的边沿20U，从而在每组的各元件之间形成一元件间的槽道11AB、11CD，或者槽缝。
各槽道的长度配置得可以实现在各导电路径各自谐振频率下它们彼此的基本上的隔绝。这一点是通过形成具有电气长度为λ/2或nλ/2的各槽道而实现的，而此处n是一奇整数。在各导电回路之一的谐振频率下，一驻波形成在谐振回路的整个长度上，同时等值的电压出现在邻近每一λ/2槽道各端的部位处，亦即在各天线元件端部附近。当各回路之一为谐振时，形成部分非谐振回路的各天线元件与邻近的各谐振元件隔绝开来，由于在各非谐振元件的两端处的相等电压会造成零电流流动。当另一导电路径为谐振时，另一回路同样与谐振回路隔绝开来。概括地说，在各导电路径之一的谐振频率下，激振同时发生在与另一路径隔绝开来的那一路径之中。随之，由于每一分支当另一分支处于谐振时只是在最低限度上加载另一分支的导电路径，可得到至少两个相当明确的谐振。实际上，围绕芯体形成了两或多条相互隔绝的低阻抗路径。
在此优先实施例中，槽道11AB、11CD完全分别位于天线元件10A、10B与10C、10D之间。各槽道可以伸进套环20一个较小的距离，但每一槽道11AB、11CD的全部长度的主要部分位于各天线元件之间。典型地，对于每一槽道来说，位于各元件之间的槽道部分的长度会不小于0.7L，而此处L是槽道总的实际长度。
一如先前指出，由于包括平衡-不平衡转换套环20作为接合导体，天线可工作在一平衡模态之中，在此模态之中，流动在每组各元件之间的电流均被局限于套环20的边沿20U。有利的是，天线也在不同频率下呈现一种单端的工作模态，从而各电流以每组元件的一个天线元件、沿纵向通过平衡-不平衡转换套环20和经由镀敷的端面10P，流向在天线远端处的馈电结构的轴向金属内部里衬。因而，除了两种先前说明的谐振模态以外，亦即除了那些由于两个导电回路的平衡模态谐振所造成的以外，以单端工作模态设置了另外两条导电路径。由于关联于单端工作的各导电路径具有与平衡模态中的各回路式路径不同的电气长度，所以在总频率响应中出现4个谐振峰，因此天线呈现相应很大的带宽。
天线最好是用一种锆锡钛酸盐介电材料制成，具有一36的相对介电常数gf。参照图1，此优选天线的芯体具有一10mm直径和一12.1mm轴向长度。各螺旋线天线元件10A-10D各自围绕芯体12D完成半圈并具有自套环上部边沿起的一大约26°螺距角。平衡-不平衡转换套环本身具有一纵向长度4.2mm，自芯体的近端端面量起。每组的第一(宽的)元件10A、10C的宽度是1.15mm，而第二(窄的)元件10B、10D的宽度是0.75mm。各元件之间的间距(亦即槽道的宽度)是1mm，而自每一元件的中心量起时的元件间隔则是4.31mm。在芯体远端端面处，馈电结构14的直径是2mm，而对应于每组各自第一和第二元件的径向元件部分10AR、10CR、和10BR、10DR分别是1.9mm和1.67mm。
图2表明上述天线的返回损耗随频率的变化。如图所示，特征曲线具有4个谐振峰。峰25出现在大约1.74GHz处并对应于单端模态中由各第一(宽的)元件形成的路径，峰26出现在1.8GHz处并对应于平衡模态中由各第一元件形成的路径，峰27出现在1.86GHz处并对应于单端模态中由各第二(窄的)元件形成的路径，以及峰28出现在1.88GHz处并对应于平衡模态中由各第二元件形成的路径。将会理解，由于各较宽元件具有较大数值的自身电容，所以它们在比各较窄元件为低的各频率处产生峰。工作频带B(自各-3dB点量起)的宽度大致上是195MHz。此天线特别适合于工作在1710MHz至1880MHz DCS-1800频带或组合的PCS-DCS 1900频带之中，两频带均用于蜂窝式电话应用场合。此天线在0.11(11％)附近呈现一可资利用的相对带宽，此相对带宽确定为工作频带B的宽度对于频带中心频率fc的比值，在此频带之内天线的返回损耗小于频带以外平均返回损耗至少3dB。返回损耗确定为20log10(Vr/Vi)，其中Vr和Vi是在馈电结构一馈电端子处反射和进入的r.f.电压大小。较宽的相对带宽允许采用较低公差制作技术。
具有大体上居于一单一平面中的各半圈螺旋线元件的天线元件结构以类似于一简单平面回路的方式运作，当工作在一平衡模态中时，在一横交于轴线12A并垂直于此平面的方向上具有其辐射图的零点。辐射图因此在垂直和水平两平面上大致上具有一8字形状，如由图3所示。辐射图相对于图1透视图的取向由包括示于图1和图3二者之中的轴线X、Y、Z的轴系予以表明。辐射图具有两个零点或凹口，天线每侧一个，而且各自取中于图1中所示的Y轴。如果天线用于一移动电话手机之中，一如图4之中所示，天线的取向致使两零点之一指向使用者的头部以减少在该方向的辐射。
导电平衡-不平衡转换套环20和芯体近端端面上的导电层允许天线直接地固装在一印刷电路板或另一接地装置上。有可能把天线安装得或是完全在一电话手机之内，或是部分地伸出如图4之中所示。
作为把每组10AB、10CD的各彼此相邻元件制成为具有不同宽度的元件的一种替代方案，每组的各元件可以通过以不同实际长度制成，比如通过使其中之一曲曲弯弯而做成具有不同的电气长度。
本发明的一第二实施例现在将参照图5予以说明。此天线适合于接收诸如那些由全球定位系统(GPS)的卫星所传输的各种圆偏振信号。这样一种天线披露在我等先前的英国专利申请第GB 2292638A号之中，其全部披露包括在本申请之中以便构成所提出的本申请的部分内容。先前的申请披露了一种四分式(quadrifilar)天线，具有两对沿直径对置的螺旋形天线元件，第二对的各元件追循各自的曲折路径，在芯体的一外部圆柱表面上的一中间螺旋线的两侧上偏移开来，以致第二对的各元件长于追循不带偏移的各螺旋线形路径的第一对的那些元件。在各元件长度方面的这种变化使天线适合于传输或接收圆偏振的各种信号。另一种四分式天线披露在我等英国专利申请第GB 2310543A之中，其中各天线元件连接于芯体端部上的一镀敷的套环。此套环制成得具有一非平面边沿，以致一第一对的各天线元件在比起第一对的各元件连接于接合边缘所在的各点来较为靠近芯体另一端部馈电结构的各点处连接于套环的接合边缘。
参照图5，根据本发明的一种四分式天线具有一天线元件结构，带有4个沿纵向伸展的天线元件30A-30D，制成为一陶瓷芯体32的圆柱外表面上的各金属导电轨迹。芯体32具有一轴向通道33，带有一内部金属里衬34，而通道装有一轴向馈电导体35。此内部导体35和里衬在这情况下构成一馈电结构36，用于把一馈电电线连接于各天线元件。此天线元件结构还包括相应的各径向天线元件30AR-30DR，制成为芯体一远端端面32D上的各金属轨迹，把各个沿纵向伸展的元件的端部连接于馈电结构36。各天线元件的另外端部连接于状为一镀敷的套环40的一实际共用的接地导管，套环围绕芯体的一近端部分。此套环40本身又通过镀敷在芯体近端端面上而连接于轴向通道33的里衬。
将可从图5看出，4个沿纵向伸展的元件30A-30D具有不同的宽度，两个元件宽于另外两个。每对的各元件在芯体轴线的相对两侧上沿直径彼此对置。
为了保持对于各螺旋线形元件的大致上均匀的辐射阻抗，每一元件追循一简单的螺旋线形路径。每一元件在芯体轴线处对着同样的转动角度，此处是180°或半圈。套环的上部接合边沿40U基本上是平面的。
每对沿纵向伸展的元件和相应的径向元件构成一具有一预定电气长度的导体。在此情况下，电气长度不仅是由各天线元件的实际长度，而且还是由各元件的宽度来确定的。在效果上，各天线元件可以认为是一些波导。本技术领域中的那些熟练人员将会理解，一较宽的元件将以低于由一较窄元件传播的波速而传播一施加的信号。在本实施例中，每一对较窄元件的总的电气长度配置得对应于在工作波长下的一种大致上135°的传输延迟，而每一对较宽元件则产生一种对应于基本上225°的较长延误。因而，平均传输延迟是180°，等同于在工作波长下的一电气长度λ/2。不同的元件宽度会形成对于圆偏振的各种信号的、一种四分式螺旋线形天线所需的各种相移条件，这一点载明于1970年12月“微波学报”49-54页中Kilgus的“谐振的四分式螺旋形设计”一文。
两对元件，比如元件30A、30B(亦即一宽元件和一窄元件)在径向元件30AR和30BR的内端处连接于在芯体远端处馈电结构36的内部导体35，而另外两对元件的径向元件30CR、30DR连接于由芯体内部通道金属里衬形成的馈电屏罩。在馈电结构36的远端处，出现在内部导体35和馈电屏罩上的各种信号大致上是平衡的，以致各天线元件表现为具有一大致上平衡的源或负载。
在沿纵向伸展的各元件的螺旋线形路径为左手方向时，天线对于右手圆偏振的各种信号具有其最大增益。如果天线反之必须用于左手圆偏振的各种信号，各螺旋线的方向就倒转过来而各径向元件的连接型式转过90°。在一种适合于接收左手和右手圆偏振的各种信号的天线的情况下，沿纵向伸展的各元件可以配置得追循大体上平行于轴线的各个路径。
导电套环40盖住天线芯体的一近处部分，从而围绕馈电结构36，以芯体材料充满套环40与轴向通道33金属里衬之间的整个空间。套环40形成一个具有轴向长度lB的圆筒并由芯体近端端面的镀敷层连接于里衬。套环40与镀敷层的结合构成一平衡-不平衡转换器，以致由馈电结构36构成的传输导线中的各种信号，在天线近端处的一种不平衡状态与在大体上与套环上部接合边缘40U离开近端同样或较大距离的一个轴向位置处的一种大致平衡状态之间，作出转换。为达到这一效果，平均套环长度是，在存在较高相对介电常数的某种下层芯体材料时，平衡-不平衡转换器在天线工作频率下具有λ/4平均电气长度。由于天线的芯体材料具有一种缩小效应，而且围绕内部导管的环形空间充满一种具有较小介质常数的绝缘介电材料，所以套环远处的馈电结构具有一较短的电气长度。因此，馈电结构远端处的各种信号至少大致上是平衡的。在一种半刚性电缆中绝缘层的介电常数一般比以上提及的陶瓷芯体材料的介电常数要低得多。比如，PTFE的相对介电常数gr是大约2.2。
由套环40构成的陷波器为各元件之间的电流提供了沿着接合边缘的一个环形路径，有效地形成两个回路，第一个包括各较窄天线元件而第二个包括各较宽天线元件。在四分式谐振下，电流最大值存在于各元件的两端和接合边缘40U处，而电压最大值在边缘40U与天线远端之间的一大致上中间的高度上。边缘40U由于由套环40生成的四分之一波长陷波器而在其近处边缘处有效地与接地导线隔绝开来。
天线具有一500MHz或更大的主谐振频率，谐振频率由天线元件10A-30D的有效电气长度予以确定。各元件的电气长度，对于一给定的谐振频率，也取决于芯体材料的相对介电常数，天线的各个尺寸，相对于一种空气芯的类似结构的天线来说，基本上减小了。
芯体的优选材料是钛酸锆基材料。这种材料具有上面提及的36的相对介质常数并也因其随温度变化的尺寸和电气稳定性而著称。介电损失可忽略不计。芯体可通过挤出工艺制造。
各天线元件是粘合于芯体外部圆柱和端部表面的一些金属导电轨迹。
将会理解，由于各元件具有不同的宽度而具有不同的电气长度，所以各元件可以制作得具有基本上相近的实际长度。其次，不需要复杂的元件和/或套环结构，因而设计和制作工艺也就更为简单易行。
在一芯体具有显著地高于空气的相对介电常数，比如gr＝36，的情况下，一种如上所述用于在1575MHz下的L频带GPS接收的天线一般具有一大约10mm的芯体直径，而沿纵向伸展的各天线元件具有一大约10.5mm的平均纵向程度(亦即平行于中心轴线的程度)。较窄和较宽各元件的宽度分别是大约0.76mm和1.5mm。在1575MHz下，套环长度lB一般是6mm左右。各天线元件的精确尺寸可以通过从事本征值延迟测定直至获得所需相差而根据试凑方式在设计阶段中予以确定。
天线制作方式在以上提及的GB 2292638A之中有所说明。

Claims (10)

1.一种用于工作在超过200MHz的频率下的天线，包括：
一电绝缘的圆柱形的芯体，由一种具有相对介电常数大于5的固体材料制成；
一馈电连接装置；以及
天线元件结构，其设置在芯体外部表面上或附近并包括第一和第二对天线元件，所述天线元件的外部表面的面积小于芯体外部表面的在所述天线元件之间的部分的面积，其中每一对的各元件为细长的，并且第一对天线元件的各元件与第二对天线元件的相应的各元件设置得沿芯体直径方向彼此对置，芯体材料占据了由芯体外部表面所限定的大部分容积，以及所述第二对的各元件制成得使得其具有的宽度大于第一对元件的宽度，
其中各天线元件：
各自具有一第一端部和一第二端部，
在各个第一端部处连接于馈电连接装置，以及
在各第二端部处由一接合导体连接起来。
2.按照权利要求1所述的一种天线，其中芯体具有第一和第二端面，以及其中馈电连接装置位于二端面之一上。
3.按照权利要求1所述的一种天线，其中芯体确定一中心轴线而各天线元件共同伸展在轴线方向上，各天线元件伸展在芯体外部表面上或附近的、沿轴向彼此间隔开来的各位置之间，使得在每一彼此间隔开来的位置处，各天线元件的彼此间隔开来的部分居于包含芯体中心轴线的一单一平面之中。
4.按照权利要求1所述的一种天线，其中各天线元件是螺旋线形的，各自围绕芯体完成半圈。
5.按照权利要求1所述的一种天线，其中接合导体包括在芯体外部表面的一近端部分上的一圆筒形导电套环，以及其中套环的近端端面连接于馈电结构的一部分。
6.按照权利要求5所述的一种天线，其中套环的远端边沿是平面的。
7.一种介电式加载的四分式螺旋形天线，包括：
固体芯体，其由具有相对介电常数大于5的材料制成；
两对在侧向上对置的天线元件，所述天线元件在固体芯体的外部表面上或附近制成为各螺旋形导电轨迹，所述轨迹的外部表面的面积小于芯体外部表面的在所述轨迹之间的部分的面积，其中一对的各轨迹宽于另一对的各轨迹；以及
一馈电连接装置，
其中各天线元件：
各自具有一第一端部和一第二端部，
在各个第一端部处连接于馈电连接装置，以及
在各第二端部处由一接合导体连接起来。
8.一种手持无线电通讯装置，具有一无线电收发机；一一体式耳机，用于从装置的一内面发出声能，装置在使用时安放得贴靠使用者的头部；以及一如权利要求3的天线，联接于收发机，其中此天线具有的辐射图在垂直于所述单一平面的方向上具有一零点，以及其中天线在装置上安装得使得此零点垂直于装置的所述内面取向以便在使用者头部的方向上降低出自装置的辐射水平。
9.按照权利要求8所述的一种装置，其中：
所述芯体具有第一和第二端面；
各天线元件是螺旋线形的，各自围绕中心轴线完成半圈；以及
所述接合导体由一环绕圆柱体的一导电套环构成，以便把各天线元件第二端部接合起来而构成一隔离陷波器。
10.按照权利要求9所述的一种装置，其中馈电连接装置构成穿过芯体端部的一轴向馈电结构的端部。
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